牙科Y-TZP陶瓷的制作工艺、颜色调控及其半透明性研究

摘要

钇稳定氧化锆陶瓷(Y-TZP)在室温条件下,通过应力作用可以发生马氏体相变因而具有较佳的力学特性,其优良的生物安全性、耐磨性能和抗腐蚀性能,使Y-TZP成为理想的牙科陶瓷材料,Y-TZP与其它牙科陶瓷材料相比较,具有理想的机械力学性能。目前未着色 Y-TZP呈现出白色或象牙色,半透明性较差,虽然可以模拟天然牙颜色,但在临床上并不能满足口腔医生和患者对修复体美观性能的要求,Y-TZP的表面常常需要遮色,这会让材料近一步降低其半透明性,然而如果Y-TZP颜色被调整到与拟修复牙齿相接近,这将会让牙齿配比颜色的过程变得简单,同时改善Y-TZP的半透明性,将获得良好的质感。Y-TZP着色一般通过两种方法,一是外着色,将初烧结Y-TZP块浸入染色液中浸泡,然后烧结;另一种方法是内着色,在Y-TZP粉体中添加着色剂。将Y-TZP块放入染色液中浸泡的外着色方法操作简单,但容易发生Y-TZP块着色不均匀,着色结果受操作影响大,同时不能将同样的操作程序应用于其它品牌。在生产过程中,将着色氧化物加入Y-TZP粉体中的内着色方法,可以使Y-TZP块着色后,颜色准确均一,并且对Y-TZP半透明性影响较小,目前 Y-TZP内着色是一种较理想的 Y-TZP颜色解决方案。Y-TZP底层材料尽管具有优良的机械力学性能,但是其半透明性能较差。在齿科常用陶瓷中氧化锆晶体的折射率较高,光的散射大,可见光透射率较低,无法满足修复体特别是前牙区修复的美学要求。如果使用 Y-TZP制作的基底冠的颜色和半透明性可以与牙体组织的颜色相匹配,那么齿科技师在修复体制作过程中通过降低饰面瓷的厚度,减少备牙量,最终可以让修复体达到预期的美学效果。本论文采用添加着色氧化物粉体的方式对Y-TZP进行内着色,试制出了颜色与VITA-3D Master比色板相近的内着色Y-TZP修复体材料,并对其粉体加工工艺、微观结构和材料光学性能进行了研究。本研究的主要目的是选取适合的着色氧化物对Y-TZP粉体进行内着色,系统研究加工工艺和着色剂对Y-TZP最终颜色和半透明性的影响,Y-TZP颜色参考VITA-3D Master比色板,对颜色进行测定,以期获得临床上符合前牙美学要求的Y-TZP材料。结果如下:
　　1.本实验分析了影响Y-TZP浆料性质的浆料固含量、PVA加入量、球磨时间三个因素,分析得出浆料固含量对浆料的流变性具有显著的影响,PVA加入量、球磨时间长度对Y-TZP浆料的平均粘度和沉降度均没有显著的影响。
　　2.喷雾造粒浆料的粘度和沉降度都是不可忽视的要素,要便于大规模工业化的生产需求,浆料的固含量为50wt％。根据正交试验结果以及生产工艺验证试验,确定PVA的加入量为3wt%。本实验主要目的是要试制着色均匀的并有一定半透明性的Y-TZP齿科用修复材料。根据工业化生产经验及生产工艺验证,确定球磨时间长度为24h。本实验分析得到的最好喷雾造粒浆料的方案为A3B3C3,即固相含量为50wt%;PVA加入量为3wt%;球磨时间长度为24h。通过工艺验证,造粒后得到的粉体颗粒大多成球形,边缘较圆滑,粉体内无气泡、球体几乎无破碎。
　　3.未着色Y-TZP、0.15wt%Fe2O3着色Y-TZP、4wt%CeO2着色Y-TZP的造粒粉体颗粒大致分布在40-120μm之间。同时颗粒分布较窄,60-90μm左右的粉体颗粒较多。造粒后的粉体颗粒粒度不是完全一致,有一定的尺寸级配。Fe2O3作为着色剂进行内着色对颗粒的粒径产生一定的影响,D50比未着色的Y-TZP要大,但影响不明显。
　　4.Fe2O3、CeO2作为Y-TZP的内着色剂,对造粒粉体的流动性、成球性能和预烧结体的密度影响不大。
　　5.0.15wt%Fe2O3着色Y-TZP、4wt%CeO2着色Y-TZP终烧结后,晶相主要为四方相ZrO2,XRD的衍射峰中均未出现Fe2O3、CeO2峰。0.15wt%Fe2O3着色Y-TZP、4wt%CeO2着色Y-TZP终烧结后,着色Y-TZP烧结致密,晶粒大小均匀,晶粒尺寸约为0.5-0.7μm。着色Y-TZP的断裂方式为穿晶断裂和沿晶断裂。
　　6. Fe2O3添加量的增加,Y-TZP的明度值从84下降到75左右,明度值逐渐下降。伴随着明度的下降,a*、b*色调值同时增大,b*值的增幅比a*值大。b*值从10.76增加到23.65。当Fe2O3添加量超过0.06wt%后,a*、b*值都有较明显的增加。Fe2O3对a*值的影响不是很大,对b*值影响较大。随着CeO2含量的增加,着色Y-TZP的b*增加,但幅度较小,着色作用比较弱。a*值随着CeO2含量的增加而稍有降低,总体波动范围不大。CeO2含量的变化对着色Y-TZP的明度影响较小。
　　7.未着色Y-TZP和着色Y-TZP的可见光透射率具有波长依赖性,在400-700nm可见光区域内,透射率单调一致,随波长的增加,透射率也增加。未着色Y-TZP的透射率曲线几乎为一条直线,可见光透射率明显高于着色Y-TZP。
　　8.未着色Y-TZP组和0.03wt%Fe2O3着色Y-TZP组之间有统计学差异(P<0.05),0.03wt%Fe2O3着色Y-TZP组和0.15wt%Fe2O3着色Y-TZP组之间有统计学差异(P<0.05),未着色Y-TZP组和0.15wt%Fe2O3着色Y-TZP组之间有统计学差异(P<0.05)。可见光透射率,未着色Y-TZP>0.03wt%Fe2O3着色Y-TZP>0.15wt%Fe2O3着色Y-TZP。
　　9.未着色Y-TZP组和1wt%CeO2着色Y-TZP组之间有统计学差异( P<0.05),1wt%CeO2着色Y-TZP组和4wt%CeO2着色Y-TZP组之间有统计学差异( P<0.05),未着色Y-TZP组和4wt%CeO2着色Y-TZP组之间有统计学差异(P<0.05)。可见光透射率,未着色Y-TZP>1wt%CeO2着色Y-TZP>4wt%CeO2着色Y-TZP。

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前言

实验一 着色Y-TZP陶瓷粉体浆料性能研究

1.材料与方法

2.实验结果

3.讨论

4.结论

参考文献

实验二 着色Y-TZP陶瓷粉体的制备与表征

1.材料与方法

2.实验结果

3.讨论

4.结论

参考文献

实验三 着色Y-TZP陶瓷的颜色研究

1.材料与方法

2.实验结果

3.讨论

4.结论

参考文献

实验四 着色Y-TZP陶瓷的半透明性研究

1.材料与方法

2.实验结果

3.讨论

4.结论

参考文献

文献综述

个人简历

在读期间研究成果

致谢